圖 1：Nature 評選最佳科學圖片專題

（來源：參考文獻 [1]）

在眾多作品中，一張來自 Natalia Pardo Lorente / 基因組調控中心（CRG）的類器官染色圖片成功入選。該類器官來自于人多能結腸細胞，線粒體酶亞甲基四氫葉酸脫氫酶 2（MTHFD2）被染成紅色，輔助揭示了該代謝酶的“第二職業”（second jobs）。

MTHFD2 主要定位于線粒體內，與生長及增殖相關。其細胞核和染色質定位已在一系列癌細胞系中報道，但未得到良好的表征與功能闡述。CRG 研究團隊使用患者來源的結腸癌類器官及患者來源的多能健康結腸類器官，染色定位 MTHFD2 于多能健康結腸類器官的細胞核中，并繼而確認其在細胞核中的“第二職業”與活躍的增殖細胞狀態相關，且該功能不局限于癌癥譜系 [2]。

圖 2：Nature 關于該類器官圖片的專題介紹

（來源：參考文獻 [1]）

除 MTHFD2 外，CRG 還發現，多種負責能量產生和核苷酸合成的代謝酶也參與細胞分裂和 DNA 修復等“第二職業”。該結果表明，線粒體、細胞質、細胞核等區室之間的邊界和功能并不像傳統認知中存在嚴格劃分，是對細胞生物學中長期存在的生物學范式的挑戰，為癌癥治療開辟了新的思路。

作為功能相近、結構相似的體外 3D 模型，類器官已經成為追蹤、研究酶等生物大分子生理功能的重點平臺。本次 Nature 沒有選擇論文中的轉錄組學數據圖，而是以更直觀的類器官染色圖作為年度最佳科學圖片代表，可視為對類器官作為模型平臺的直觀性和重要性的強調與鼓勵。

12 月 18 日，中國工程院與科睿唯安及高等教育出版社在京聯合發布《全球工程前沿 2024》（下稱《前沿》）。依托中國工程院 9 個學部，基于數據庫論文數據挖掘聚類，參考業內專家提名，《前沿》共遴選出農業、醫藥衛生、化工冶金與材料工程等 9 大領域 92 項全球工程研究前沿和 92 項全球工程開發前沿。

圖 3：《全球工程前沿 2024》發布

（來源：參加文獻 [3]）

其中，醫藥衛生領域，“全組織細胞圖譜”入選工程研究前沿。“生物工程器官”及“腫瘤類器官芯片在藥物篩選中的應用”共同入選工程開發前沿。

圖 4：醫藥衛生領域遴選結果

（來源：參考文獻 [3]）

2024 年年初，Nature 便將人類細胞圖譜（HCA）計劃列入“本年度最值得期待的 7 大技術”（Seven Technologies to Watch in 2024）中。該計劃從 2016 年起由英國細胞生物學家 Sarah Teichmann 和 Aviv Regev 發起，共投入近 100 個國家約 3000 名科學家的努力，使用匯集了來自逾萬名捐贈者的組織，旨在全面揭示人類細胞的多樣性和復雜性 [4]。

圖 5：人肺的細胞圖譜

（來源：參考資料 [4]）

2024 年 11 月，HCA 初稿以專題形式在 Nature 及系列子刊同步發布了第一批 40 余篇論文，報道了骨骼、胎盤、大腦、胸腺、肺、血管、腸道等器官或系統的分析結果與發現 [5]。

圖 6：Nature 以封面形式重磅報道 HCA 草圖結果

（來源：Nature 官網）

其中，腦科學領域以論文 “An intergrated transcriptomic cell atlas of human neural organoids” 發表了迄今為止最完整最大規模的人神經類器官細胞轉錄組圖譜 [6]。該研究使用人多能干細胞（hiPSC）產生的人神經類器官，通過整合 6 個單細胞轉錄組數據集，26 種不同的類器官培養方案，匯總得到細胞圖譜涵蓋超 170 萬個細胞，可協助注釋多種細胞類型及神經系統疾病模型，為臨床研究鋪平了道路。

圖 7：來自人類神經類器官的單細胞數據

（來源：參考資料 [5]）

此外，英國科學家也使用 hiPSC 和人胚胎干細胞（hESC）來源的皮膚類器官首次創建了產前人類皮膚的單細胞時空圖譜，助力皮膚發育的機制解讀與病理探究 [7]。

預計第一版完整的 HCA 將于 2026 年正式完成。未來，作為可在體外模擬反饋體器官結構功能的模型，類器官還將繼續助力細胞圖譜的探索與構建。